又到高考志愿填报的季节，有自动化行业和职业20年的经历的宋振华博士在本文给想报考自动化专业的学生们介绍自动化专业相关情况。
首先，如果要想报考“自动化专业”的话，你得先了解这个专业是干什么的？(WHAT)，它都学点什么，根据这个判断未来能用来从事什么样的工作…当然，我后面会去讲行业和职业的话题，不着急的话，这个部分仅聚焦在它是什么(WHAT)这一个问题上。
自动化是个“万金油”专业？
记得笔者读大学时，班级第一次开全年级新生大会，我们自动化系是有工业电气自动化、生产过程自动化和检测技术仪器仪表三个专业。系里第一次召开系列新生见面会，就跟大家说自动化是个“万金油”。并且，这个似乎是每个学校的自动化专业新生都得到的一个关于自动化专业最为朴素且直接的“说明”。每个人对于这个专业的第一印象就这样打上了“万金油”浓浓的烙印。
跨学科是自动化的“显著特征”
“万金油”是个比较直观生动的说法，但是如果改为严肃的说法，自动化这个专业显著的特征就是“跨学科”。自动化融合了控制科学、电子信息、计算机、软件工程、电气工程、机械工程等多个学科的内容。就这么说吧，自动化类(专业类代码0808)专业，在专业学习、行业应用、职业发展的几个维度，它都典型的有跨学科的属性。
当然本科阶段称为“自动化”而硕士博士阶段称为“控制科学与工程”。其本质就是“测量控制”这个应用与研究。学校里通常把这类学院称为“科学与工程”，前面是“研究”后面是“应用”，就是想两者兼顾。
一个横向覆盖所有领域的工程专业
今天，人们把视野都聚焦在了“人工智能”，但是，真正在过去100年里，真正改变我们的生活，让我们过上更美好生活的，无论是汽车工业、生物医药、通信工业的背后，都意味着制造这些产品的产线，而所有这些产线都意味着“自动化”—这是一个隐藏在每个行业背后的领域。我们每天喝的一瓶水、手机、穿的衣服、包括乘坐的高铁、飞机…这一切的背后，都藏着一个必然会存在的专业，因为你生产这瓶水的饮料灌装线、你用的这个手机的制造线、高铁的每一个零配件的生产，其背后都是有“控制”这个专业的背后贡献。别的专业会出现在具体的一个垂直领域，而自动化以“横向覆盖”的角色，出现在每一个领域里。
当然，前面说道学校刚入校讲的自动化是个万金油，另一句是老师讲的，因为但凡是个工业企业，它就离不开“机械和电气”这两个兄弟，机械和电气通常纠缠在一起。而工艺(如化学、造纸、金属、半导体)则随着行业会变化。
自动化在整个人类的工业发展历史中，其实扮演着越来越重要的角色。有时候我经常想，在今天，我们每个普通人都能够买得起一部手机，喝瓶矿泉水，普通家庭也能开上车，这样的生活仔细想想，都得益于机电控制技术将制造业的效率不断提升，才能让产品的成本不断下降，带来购买力的提升。
自动化-控制学科的背景
自动化这个专业的过去、未来将如何？作为一个较为全面的了解，概述一下其历史背景也是有必要的。自动化专业背后是“控制”学科的发展，在历史上，这个领域其实与人工智能也有很多交集。
图1-控制理论的发展历史
早期的控制学科发展，从最初的瓦特发明调速器，它与威尔金森的公差工程一样，使得蒸汽机成为一个可以稳定运行的机器，并且可以大量复制。早期的控制理论发展为针对数学建模与稳定判据，让控制实现上有数学依据。随着二战的进行，控制学科在“打飞机”—这种预测性，以及飞行器控制、密码破解、军舰的火炮系统等催生了其快速的发展。而这个期间，诺伯特.维纳博士的控制论则是为其建立了一个科学方法体系。
钱学森先生则在1958年的《工程控制论》里将控制在工程上的实现奠定了数学基础。并且，钱学森先生倡导了1958年中国科技大学的“自动化系”的创建，以及1956年他就将自动化列为未来发展的6个关键技术之一。作为中国自动化学会的第一任理事长，钱学森先生堪称“中国自动化之父”
图2-中国自动化之父钱学森先生
二战后，工业领域包括石油炼化、化学、冶金、电力等各个领域的快速发展，拉动了控制理论的研究和应用。因此，控制工程在大学里的学习，很多经典控制理论如贝尔曼动态规划、卡尔曼滤波、多变量系统的耦合解耦、模型预测控制、模糊控制、自适应控制，都是为了对这些领域的系统提供支持。因此，自动化专业对应的控制理论与工程，对于我们今天能够用到便宜的电力、喝到干净的水、能够低廉的价格看病、农业提高产量的农药…每个领域的背后都有着自动化的贡献。
到了70年代后，人工智能的很多技术就开始进入到了控制工程的研究和实现中。例如参数辨识、模式识别、参数寻优。当然到了今天这个时代，计算机视觉所需的深度学习、大语言模型、多模态等也已经被融入到自动化系统的设计中。后续会进行一些应用场景的分析。在图2中后期的控制更多融入了AI，是因为自动化专业的发展，一个是借助横向科技来解决“产业实际难题”，因此，AI作为横向科技被纳入自动化的系统中，作为一种“工具”来解决问题。同样，通信、芯片都是用于解决问题的工具。
自动化这个专业方向，它的贡献在于为这些制造系统的装备、产线设计规划其控制的逻辑、同步、协作，确保生产过程的稳定、可靠、安全，并使得产品高速、高精度、低成本的加工。这是自动化的基线作用。随着制造的升级，通过数字孪生、人工智能，自动化还要让产线更为智能，能够通过“自感知、“自分析决策”、“自主执行”实现智能，应对变化的生产需求。
因此，自动化其实是一个隐藏在每个领域背后的一个力量，它为每个行业提供基础保障—这也是它万金油的一面解释，同时也是它跨学科需求的来源，当然也是它具有广泛适用的原因。
它主要学习什么？
图3是关于控制学科的地图，看上去似乎非常的博大精深，当然对于大部分的自动化专业本科阶段的话，这个图里的大部分内容并需要涉及。所以，别被这个图吓着，这个是这个领域上百年时间的积累—没有人能够学习这些东西。而且，现实中的自动化，也不需要你学习这些。控制理论发展历史上的各种方法，其实已经被“软件模块”的形式封装在各种软件(如MATLAB/Simulink)，以及各个自动化公司的开发工具平台里，在嵌入式系统里
图3-控制学科的版图(来源于网络)
大学里主要还是学习一些基本的控制系统设计思想与方法，这些设计思想方法、实验的训练。主要还是为了训练自动化系统设计的流程、方法。
自动化类专业需要较强的数学基础，除了高等数学、概率统计、线性代数，还有复变函数、拉普拉斯变换等工程数学课程。
自动化专业，它要学习《微机原理》、《微机控制》这样的类似专业—作为前置专业，肯定还得学习《模拟电子》与《数字电子》，设计电路还得学习《电路原理与设计》。当然如果是强电专业(电气自动化)，就会有《电力电子技术》、《调速技术》、《电机拖动》。如果是弱电专业会学习《单片机》、《检测技术》、《传感器技术》、《数字信号处理》等专业课程。
图4-大学的学习不仅在于专业知识
其实很多人认为大学学习的东西都很落后，或者学了些不知道干啥用的东西—有些事情如果无法改变。你就记得，大学是为了训练你的系统性研究、学习的能力。这种能力是核心，即，如何去检索文献、如何去设计一个系统，包括教材的潜移默化告诉你一个系统如何搭建的逻辑，因为教材的逻辑就是工程的逻辑。
工程思维才是关键
当然，对于工程(Engineering)专业来说，工程思维才是问题的核心，良好的工程思维训练不仅是作为工程专业的核心训练，也是未来职业道路，乃至事业发展的关键。自动化专业就是为了未来的产业培养工程师，因此，它需要有较强的工程思维训练。自动化是典型的工科专业，它需要强的工程思维，解决复杂问题。
表1-工程专业与理科/技术的差异对比
知识，永远都会是过时，但思维与认知水平的构建，则能够让工程师穿越周期、市场变化的基石。
在中国，似乎科学家(Science)受到了较大的尊重也赋予了较高的社会地位。但就实而论，最近的5年里，随着“卓越工程师”大奖、“工程教育认证”、“新工科”建设，我们已经越来越清晰的看到，国家对于“工程师”的越来越重视。因为现实的世界里，无论是半导体设备、光伏、锂电的研发、制造、应用，这些就功劳来说，都是由工程师来实现的。即使是航空航天领域的众多制造、发射，都是由工程师来完成的—事实上，科学相关的问题早在30年前就已经有了基本定论，而主要在于工程实现与技术的基础保障。
图4-自2023年国家设置“国家工程师奖”
工程最显著的特点就是“设计”-但工程设计与创新更为重要的是经济的约束性，即，它与科学的发散不同，它必须最终要收敛到经济性，例如材料的节省、人工消耗的降低、能源消耗降低、品质的提升、时间消耗的降低等。
工程思维的核心在于“解构”与“重构”，按照《华盛顿协议》所要求的“实质等价”，即，华盛顿协议的参与国工程专业的本科文凭互认。它的培养目标就在于“解决复杂工程问题”—而所谓的解决复杂工程问题，就是借助于科学知识(第一性原理)，在机械、电气传动控制、材料工艺上紧密交织的问题，如何把他们拆解为可被模块化开发的功能，并进行测试验证，最终进行集成测试、并将其标准化成为一个“可复用”的软件或系统。
大学的学科背景必须关注
当然，关于报考自动化专业，有一个需要注意的地方，即，这个学校的自动化专业是否有深的“对象” 背景。对象是指，自动化系统的运行必须附着在一个物理实体上，即，它为哪个领域，比如它是发电系统、制氢系统—它所需的控制及工程实现会有所差异。而通常想能够得到比较好的专业训练，通常你必须关注这个学校的自动化专业，它在工程对象背景方面的积累。或者是否有特色—这很关键。表2列举了各个高校自动化专业的强项-基于Kimi帮助下。
表2-各个高效自动化类专业的强项图片
为什么要关注自动化专业各个高校的这种“对象关注”，这主要是因为自动化它真正的竞争力来自于对特定对象的理解—就是这类对象上的加工、制造过程控制，这个学校它有相应比较好的实验室、师资、实习、就业条件。
自动化专业扩展性高
自动化这个专业它比较神奇，啥都学一点，如果你本科学习的自动化，当然你硕士、博士阶段就不一定要学习自动化。因为，这个专业你去转向其他方向都还是可以的，本科阶段的很多课程有助于你在向电子工程、计算机、软件等方向的迁徙。
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